Chưa từng có trong lịch sử: Hầm đường sắt cao tốc đầu tiên trên thế giới do AI ‘chỉ đạo’ thi công, đón đoàn tàu vận tốc 350 km/h xuyên dãy núi hiểm trở

Tại huyện tự trị Tujia Wufeng (tỉnh Hồ Bắc), vẻ đẹp hùng vĩ của miền Trung Trung Quốc đã che giấu sự cô lập lâu đời của khu vực. Địa hình dốc và rừng rậm từ lâu đã cản trở giao thông, kìm hãm phát triển và khiến các cộng đồng bị cách ly cả về mặt vật lý lẫn kinh tế.

Giờ đây, một thế lực mới đang định hình lại cảnh quan – bằng thuốc nổ, máy khoan và hàng loạt thuật toán.

Hầm Yangcun ở Wufeng là một phần của tuyến đường sắt cao tốc được thiết kế để đón các đoàn tàu chạy 350 km/h vào một trong những khu vực địa chất phức tạp nhất Trung Quốc.

Đây là hầm đường sắt cao tốc đầu tiên trên thế giới mà phương pháp xây dựng chủ yếu do AI xác định – trước khi được các kỹ sư và công nhân thực thi.

Đường hầm cắt xuyên trung tâm Wufeng – khu vực được hình thành qua hàng trăm triệu năm biến động địa chất. Nơi đây thuộc dãy núi Vũ Lăng, nổi bật với địa hình karst (địa hình đá vôi bị xói mòn mạnh), các đới đứt gãy sâu, sông ngầm và cấu trúc đá thay đổi khó lường.

Wufeng được ghi nhận có hơn 120 di tích địa chất, gồm hang động, hố sụt và các trụ đá tự nhiên – minh chứng cho thế giới ngầm đầy biến động bên dưới khu vực này.

Theo nhóm dự án AI do kỹ sư cao cấp Wu Jiaming từ Viện Khảo sát và Thiết kế Đường sắt Siyuan dẫn đầu, đào hầm tại đây là một thách thức lớn.

Công nhân có thể gặp phải khoang rỗng, túi nước hoặc đá phiến lỏng. Các phương pháp truyền thống dựa nhiều vào kinh nghiệm cá nhân của kỹ sư – nhưng kinh nghiệm này không phải lúc nào cũng áp dụng hiệu quả cho hàng trăm phân đoạn hầm. Một đánh giá sai có thể dẫn đến sập hầm, ngập nước hoặc trì hoãn nghiêm trọng.

AI thay con người quyết định

Trước đây, việc chọn phương pháp khai thác phù hợp – khoan nổ toàn mặt, cắt bậc hay phương pháp CD (trung tâm vách ngăn) – luôn là quyết định quan trọng, chỉ dành cho các chuyên gia kỳ cựu. Nhưng với hầm Yangcun, quyết định đó được một máy tính đưa ra.

Hệ thống AI đằng sau bước tiến này được phát triển bởi nhóm nghiên cứu từ Viện Khảo sát và Thiết kế Đường sắt Siyuan, Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật Hợp tác quốc gia - địa phương về Công nghệ Đường hầm ngầm dưới nước, cùng Đại học Khoa học Địa chất Trung Quốc (Vũ Hán).

AI này là một mô hình học sâu, được đào tạo trên kho dữ liệu khổng lồ về thiết kế hầm lịch sử. Nhóm nghiên cứu đã tổng hợp cơ sở dữ liệu 1.700 phân đoạn xây dựng từ 251 hầm đường sắt cao tốc trên toàn Trung Quốc – dữ liệu thu thập qua hàng thập kỷ mở rộng hạ tầng. Mỗi phân đoạn gồm 19 yếu tố then chốt: loại đá, mực nước ngầm, đường đứt gãy, độ sâu chôn hầm, hướng hầm, khoảng cách tới cửa hầm…

Với lợi thế dữ liệu này, nhóm đã phát triển một mạng nơ-ron tích chập đa cấp (ACmix) kết hợp cơ chế tập trung (ACmix) và hàm mất mát chuyên biệt (Focal Loss) để xử lý các điều kiện hiếm gặp nhưng nguy hiểm. Kết quả là một AI không chỉ nhận diện mẫu mà còn “hiểu” chúng.

Khi được cung cấp dữ liệu địa chất theo thời gian thực từ đường hầm Yangcun, AI không đưa ra một câu trả lời duy nhất. Thay vào đó, nó phân đoạn hầm thành hàng trăm phần, mỗi phần nhận một khuyến nghị xây dựng tùy chỉnh – phương pháp toàn mặt ở chỗ này, ba bước ở chỗ kia hay phương pháp CD trong vùng rủi ro cao.

Mô hình đạt độ chính xác tới 89,41% trong việc dự đoán phương pháp tối ưu – vượt các mô hình học máy truyền thống như Random Forest hay SVM gần 3 điểm phần trăm. Quan trọng hơn, AI cải thiện dự đoán cho những tình huống hiếm nhưng nguy hiểm – như vùng cần phương pháp CD – từ gần như 0 lên 64% nhờ Focal Loss.

Không chỉ là một con đường qua núi, hầm Yangcun cho thấy AI có thể đưa ra các quyết định kỹ thuật trọng yếu, vốn từng được coi là quá phức tạp hoặc rủi ro để tự động hóa. Theo các nhà nghiên cứu, xu hướng này có thể đẩy nhanh phát triển hạ tầng toàn cầu – đặc biệt tại các quốc gia đang phát triển, nơi gặp thách thức địa hình tương tự.

Hiện Trung Quốc đang công nghiệp hóa AI quy mô lớn cho nhiều lĩnh vực trọng yếu như xây dựng, giao thông và năng lượng.

Theo SCMP